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Monash University Semester One Examination Period 2012 Faculty of Engineering EXAM CODES:

ECE4078

TITLE OF PAPER:

Intelligent Robotics

EXAM DURATION:

3 hours writing time

READING TIME:

10 minutes

THIS PAPER IS FOR STUDENTS STUDYING AT:( tick where applicable) o ฀ Berwick þ ฀ Clayton o ฀ Malaysia o ฀ Off Campus Learning o ฀ Caulfield o ฀ Gippsland o ฀ Peninsula o ฀ Enhancement Studies o ฀ Pharmacy o ฀ Monash College Sri Lanka

o ฀ Open Learning o ฀ Sth Africa

During an exam, you must not have in your possession, a book, notes, paper, electronic device/s, calculator, pencil case, mobile phone or other material/item which has not been authorised for the exam or specifically permitted as noted below. Any material or item on your desk, chair or person will be deemed to be in your possession. You are reminded that possession of unauthorised materials in an exam is a discipline offence under Monash Statute 4.1. Exam paper is Double Sided. No examination papers are to be removed from the room. Write your answers in the answer boxes provided underneath each question.

AUTHORISED MATERIALS CALCULATORS

o ฀ YES

þ ฀ NO

OPEN BOOK

o ฀ YES

þ ฀ NO

SPECIFICALLY PERMITTED ITEMS

o ฀ YES

þ ฀ NO

Candidates must complete this section if required to write answers within this paper STUDENT ID

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DESK NUMBER

Office Use Only

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1 /9

2 /10

3 /13

4 /8

5 /5

6 /10

7 /15

TOTAL /70

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Question!1!(1!+!2!+!2!+!4!=!9!marks)! Given a point p in 3D space at coordinates x!=!0,!y!=!1!and!z!=!2 (a) Write)p)in)homogenous)coordinates)as)a)vertical)vector

) p)=))

(b) Write)a)transformation)matrix)T)so)that)p)is)translated)to)position)x"="0,"y"="2"and"z"="0)when) performing)the)operation)T*p

) T)=))

(c) Write)a)rotational)matrix)R)that)rotates)p)by)90)degrees)about)the)x)axis)

) R)=))

ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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!!!!!!!!Page!2!of!16!

(d) Write)a)matrix)S)that)performs)the)following)transformations)in)order:)Firstly,)translate)p)along)the)x) axis)by)3)units.)Secondly,)rotate)the)translated)point)p)about)the)z)axis)by)45)degrees.)Note)that)sin) and)cosine)of)45)degrees)is)0.707.)Show)your)workings

Workings:) ) )

) ) ) ) ) ) S)=))

)

ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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!!!!!!!!Page!3!of!16!

Question!2!(8!+!2!=!10!Marks)! a))Explain)how)you)would)use)a)series)of)transformations)(Kinematic)chain))to)perform)forward) kinematics)for)a)robot)arm)to)determine)the)pose)of)the)end)effector)(tool).)Draw)a)figure)of)a)2)DoF)arm) to)illustrate)your)answer.))

) )

) ) ) ) ) ) )

) b))In)your)lab)exercises,)you)made)use)of)a)5)DoF)SCORBOT)robot)arm.)Briefly)describe)its)limitations)and) how)they)maybe)overcome)with)a)6)DoF)arm.)

) ) ) ) ) ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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!!!!!!!!Page!4!of!16!

Question!3!(2!+!4!+!2!+!2!+3!=!13!marks)! a))Given)the)following)occupancy)grid)map,)which)has)cells)containing)distance)estimates)obtained)from) distance)transform)path)planning,)draw)the)shortest)path)that)connects)the)start)(S))and)goal)(G))cells.) Note)that)the)distance)values)were)calculated)using)an)8Xconnected)metric)assuming)that)diagonal)moves) costs)the)same)as)horizontal)and)vertical)moves.) )

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1" G! 1" 2" 3" 4" 5" 6"

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1" 1" 1" 2" 3" 4" 5" 6"

)

)

2" 2"

"

" 6"

)

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3" 3"

" 10" 10" S=10!

" 7"

)

)

4" 4"

" 9" 9" 9"

" 8"

)

)

5" 5"

"

" 8" 9" 9" 9"

)

)

6" 6" 6" 7" 8" 9" 10" 10" )

)

7" 7"

)

)

)

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" 7" 8" 9" 10" 11" ) )

)

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)

b))Perform)distance)transform)path)planning)for)the)following)grid)map)by)filling)in)empty)cells)with) their)distance)value.)As)with)(a))above,)S)is)the)start)and)G)is)the)goal.))Use)an)8Xconnected)metric) assuming)that)diagonal)moves)costs)the)same)as)horizontal)and)vertical)moves.) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )

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" S! "

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" G! "

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ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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Spare)grid)map)if)needed) )

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" S! "

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" G! "

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c))Draw)the)shortest)path)from)start)to)goal)on)the)distance)map)you)produced)in)question)(b))above.)) d))The)start)position)in)the)map)in)question)(b))has)been)moved)two)cells)to)the)left.)Does)distance) transform)planning)have)to)be)repeated)to)find)the)shortest)path)from)start)to)goal?)Explain)your)answer.))

) ) ) ) ) e))The)questions)above)assume)that)the)robot)is)a)holonomic)vehicle.)What)does)this)mean?)Give)an) example)of)a)nonXholonomic)vehicle.)

) ) ) ) ) ) ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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Question!4!(2!+!2!+!2!+!2!=!8!marks)! For)each)of)the)following)scenarios,)select)a)single)sensor)from)the)list)below)that)you)think)will)be)best) suited)to)the)task.)You)may)use)a)sensor)as)an)answer)more)than)once.)Explain)your)choice)of)sensor) including)how)it)can)be)used)to)help)solve)the)problem.) Sensors) Colour)camera) Microsoft)Kinect) Velodyne)OmniXdirectional)LIDAR) ) a) Autonomous)car)operating)24)hours)a)day)deliverying)packages)between)Melbourne)and)Sydney) • • •

Sensor:)) )

)

Explanation:) ))

) ) b) Teleoperated)remote)control)underwater)robot)investigating)the)health)of)coral)reefs)

Sensor:)) )

)

Explanation:) ))

)

ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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c) A)humanoid)robot)detecting)objects)on)a)planar)table)

Sensor:)) )

)

Explanation:) ))

) ) ) d) An)indoor)quadcopter)UAV)estimating)distance)travelled)parallel)to)the)ground)plane)

Sensor:)) )

)

Explanation:) ))

) )

ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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Question!5!(3!+!2!=!5!marks)! a))Draw)a)diagram)of)the)pinhole)camera)model.)Label)the)focal)length,)optical)center)and)image)plane)in) your)diagram.)Also)include)an)example)object)in)the)real)world)and)how)light)rays)from)the)object)is) collected)on)the)image)plane.)

))

) ) b))Can)a)static)pinhole)camera)be)used)to)determine)the)absolute)size)of)an)object?)Why)or)why)not?) Explain)your)answer)by)refering)to)the)diagram)you)drew)in)(a).)

))

) ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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Question!6!(3!+!1!+!2!+!2!+!2!=!10!marks)! Given)a)pinhole)camera)with)the)following)parameters) • • • •

Image)is)640)x)480)pixels)(width)x)height)) Principal)point)is)the)center)of)the)image) Pixels)are)square) Focal)length)is)320)pixels)

a))Write)the)camera)matrix)K)for)this)camera)

)) ) K)=))

) ) b))What)is)the)horizontal)field)of)view)(FoV))of)the)camera?)

)) ) ) ) ) ) c))A)point)p)is)at)(2,"1,"4))in)the)pinhole)camera’s)coordinate)frame.)Give)the)pixel)coordinates)for) where)p)appears)in)the)image.)

) ) ) ) ) ) )

)

) ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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d))A)parallel)pair)of)pinhole)cameras)with)the)parameters)defined)in)(a))are)placed)10)cm)apart)along)their) joint)xXaxis.)The)left)camera)of)this)stereo)pair)sees)a)visual)feature)at)coordinates)(127,)230).)The)right) camera)sees)the)same)visual)feature)at)coordinates)(95,)230).)What)is)the)z)coordinate)of)this)feature) relative)to)the)left)camera?)

) ) ) ) ) ) ) ) e) The)same)stereo)camera)pair)described)in)(e))sees)a)visual)feature)at)the)same)location)in)both)the)left) and)right)camera)images.)What)does)this)mean)and)why?)

) ) )

)

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ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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Question!7!(2!+!2!+!2!+!3!+!4!+!2!=!15!marks)! The)fundamental)matrix,)which)transforms)points)in)image)1)to)lines)in)image)2,)is)given)by:) 𝐹 =!

5 0 −30

0 5 −10

−10 −20 ) 100

a))Use)F)to)calculate)the)line)in)image)2)corresponding)to)each)of)the)following)points)in)image)1.)Give) each)answer)as)the)vector)representing)the)line.) )"

i)"p1"="(4,6)"

) ) ) L1)=)) " " ii)"p2"="(2,4)"

) ) ) L2)=)) " " iii)"p3"="(6,2)"

) ) ) L3)=)) " ) ) ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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!!!!!!!!Page!12!of!16!

b))A)point)in)image)2)lies)at)q=(3,5).))Which)of)the)three)points)in)image)from)(a))does)this)correspond) to?)Show)your)work.

) ) ) ) ) ) ) ) ) q)corresponds)to:)))

)

c))Where)possible,)draw)each)line)from)(a))on)the)square)below)representing)image)2.)

ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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d))What)are)the)pixel)coordinates)of)the)epipoles)in)images)1)and)2?

) ) ) ) ) ) ) ) ) e1))=))))))))))))))))))))))))))))))

)

)))))e2)=))

) ! ! END!of!EXAM

ECE4078!Intelligent!Robotics! !

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Blank!page!for!workings!(will!not!be!marked)! )

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Blank!page!for!workings!(will!not!be!marked)

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